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    公开号:WO1990009272A1
    申请号:PCT/JP1990/000192
    申请日:1990-02-19
    公开日:1990-08-23
    发明作者:Hajime Satoh
    申请人:The Yokohama Rubber Co., Ltd.；
    IPC主号:B29C61-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書 繊維補強熱可塑性樹脂中空体の製造方法 技術分野
    [0002] 本発明は、 熱可塑性樹脂をマ ト リ ッ ク スとするプリ プレ グを使用した繊維補強熱可塑性樹脂中空体 （例えば、 丸パ イ ブ、 楕円パイ プ、 角パイ プ等） の製造方法に関する。 連続繊維で補強された熱可塑性樹脂による複合材料は、 高い比強度、 高い比剛性ならびに高い靱性などを有するた め主として宇宙 · 航空分野での利用が進められている。 繊 維補強熱可塑性樹脂中空体は、 飛翔体の胴体などの単殻構 造体や トルクチューブ、 圧力容器、 パイブ配管、 トラス構 造体などへの利用が可能である。 冃景技術
    [0003] 従来、 連続繊維で補強された樹脂中空体の製造法として その連続繊維が樹脂マ ト リ ッ ク ス中に含浸された帯状のブ リプレグを金属製等のマン ド レルに卷き付けるワイ ンデ ング法がある。 このワ イ ンデイ ング法により中空体を製造 する場合、 マ ト リ ックスが熱硬化性樹脂であるプリ プレダ では、 それ自体が室温においてタ ック性で自己粘着性を有 し、 かつ可塑性を有しているので、 マンドレルにボイ ドの 形成を避けながら緊密に巻回することができる め、 生産 性に大きな支障を生ずることはなかった。 しかし、 熱可塑性樹脂をマ ト リ ックスとするプリプレダ (以下、 熱可塑性樹脂プリプレダという） は、 室温におい てタ ック性や可塑性がないばかりでなく、 薄いシ一 ト状の 形態にしても繊維で補強された硬い板状物に変わり はない ため剛性が高い。 このため、 熱可塑性樹脂プリ ブレダは単 にマンドレルに卷き付けただけではマン ドレル上に仮止め することができない。 そこで、 熱可塑性樹脂プリ プレ レグ をマ ン ド レルに巻き付ける前に、 口—カルヒー ト装置によ り熱可塑性樹脂ブリプレレグを局所加熱する必要がある。 すなわち、 熱可塑性樹脂プリプレ レグのマン ドレルへの巻 き付けはじめ箇所をホッ トスポッ ト域として、 このホッ ト スポ ッ ト域をローカルヒ — ト装置で加熱しながら巻き付け ている。 換言すると、 ホッ トスポッ ト域で熱可塑性樹脂プ リブレグを可塑化してその域にタ ック性を付与し、 さ らに 巻き付けプライ間からボイ ドを除きながら熱可塑性榭脂プ リブレレグをマン ドレルに卷き付ける必要があつたのであ る。 したがって、 巻き付け場所の移動と連携させてホッ ト スポッ ト域を移動させなく てはならないため、 口一カルヒ 一 ト装置は複雑かつ高価な装置とならざるを得なかった。 さらに、 熱可塑性樹脂プリプレダの熱可塑性樹脂をその 可塑化温度まで上昇させるにはホッ トスボッ ト域內部での 熱の滞留時間をかなりかけてホッ トスポッ ト域を加熱する ことになるため、 マ ン ド レルへの熱可塑性樹脂ブリ プレグ の卷き付けに要する時間が非常に長く なり、 このために中 空体の生産性が低下せざるを得なかった。 上述したところから明らかなように、 熱可塑性樹脂プリ プレダを使用して中空体を製造する場合は、 積層ブラィ間 を密着させることが難しく、 このため積層プライ間にボイ ドが形成され易い上に、 既存の装置を使用する場合には生 産性が劣るという本質的な欠点があった。 しかも熱可塑性 樹脂プリ プレグを十分に引張りながらマン ドレルに巻回し た場合でも、 可塑化した後の熱可塑性樹脂プリ プレダの補 強織維を弛みな く配向させることが難しいため、'得られる 中空体に熱可塑性樹脂プリ ブレダの強度が十分に反映され ず、 外観も悪いものになり易いという問題があった。
    [0004] 本発明は、 熱可塑性樹脂プリブレダを使用して中空体を 製造する際の上述した欠点を解消するためになされたも である。 したがって、 本発明の目的は、 熱可塑性樹脂プリ プレダの繊維配列や積層構造を設計通りに中空体に実現し た形状の自由度が高く高品質の中空体を生産性よ く製造す ることができる、 織維補強熱可塑性樹脂中空体の製造方法 を提供するこ とである。 本発明は、 特に高融点熟可塑性樹 脂をマ ト リ ッ ク スとするプリプレダを使用する場合に好適 である。 発明の開示
    [0005] この目的を達成するために、 本発明の繊維補強熱可塑性 樹脂 Φ空体の製造方法は、 熱可塑性樹脂をマ ト リハン ク ス と するプリ プレダを、 熱膨張性の中子と該中子'.の外側に配さ れた外型との間に介在させ、 ついで前記熱可塑性樹脂の可' 塑化温度以上の温度に該プリ プレダおよび該中子を加熱し て該中子を膨張させた後、 該中子および該プリ プレダを冷 却することを特徴とする。 図面の簡単な説明
    [0006] 第 1図 （A ) は本発明で用いる中実のマン ドレルを示す 説明図 ；
    [0007] 第 1図 （ B ) は本発明で用いる熱可塑性樹脂プリプレダ の一例を示す説明図 ；
    [0008] 第 2図は中実のマン ドレルに熱可塑性樹脂プリプレダを 巻回する様子を示す説明図 ；
    [0009] 第 3図は卷回後に得られる巻回物を示す説明図 ； 第 4図は卷回物と共に中実のマン ドレルを真空バッグで 拘束した状態を示す斜視説明図 ；
    [0010] 第 5図は加熱成形工程の装置の断面説明図 ；
    [0011] 第 6図は中実のマン ドレルに熱可塑性樹脂プリプレダシ ー トを巻きつけ、 その上に金属製パイプを被せた状態の斜 視図 ；
    [0012] 第 7図は第 6図に示したものをマ ト リ クスの熱可塑性樹 脂の可塑化温度以上に加熱し、 その後にそれ以下の温度に 下げたときの状態の斜視図 ；
    [0013] 第 8図は第 7図の中実のマン ドレルをより太いものに交 換して再度中実のマン ドレルをマ ト リ クスの熱可塑性樹脂 の可塑化温度以上に加熱し、 その後にそれ以下の温度に下 げたときの状態の斜視図 ； 第 9図は中空のマ ン ド レルを用いた中空体の製造方法の 一例を示す斜視説明図 ；
    [0014] 第 10図乃至第 12図は本発明で用いる中空のマン ドレルを 示す斜視説明図 ；
    [0015] 第 13図および第 14図はそれぞれ中空のマン ドレルの加熱 手段の一例を示す説明図 ；
    [0016] 第 15図は外型における空洞の内面に熱可塑性樹脂プリ プ レグを巻き付けて中空巻回物を形成させる様子を示す斜視 説明図 ；
    [0017] 第 16図は芯体と熱膨張性素子とからなる中子を中空巻回 物の中空部に挿入した様子を示す斜視説明図 ；
    [0018] 第 17図は中空巻回物を加熱したときに熱膨張性素子が熱 膨張した様子を示す斜視説明図 ；
    [0019] 第 18図は本発明によって得られる製品の一例を示す斜視 図 ；
    [0020] 第 19図 （A ) , ( B ) はそれぞれ本発明で用いる中子 © 一例を示す斜視図 ；
    [0021] 第 20図は本発明によって得られる製品の一例を示す,斜視 図 ；
    [0022] 第 21図は中子を構成する芯体の一例を示す側面視説明図 ； 第 22図は中子を構成する熱膨張性素子の一例を示す側面 視説明図 ；
    [0023] 第 23図は外型の一例を示す側面視説明図 ；
    [0024] 第 24図は本発明によつて得られる製品の一例を示す斜視 図 ； 第 25図 （A) は中子を構成する芯体の一例を示す側面視 説明図 ；
    [0025] 第 25図 （B ) はその正面視説明図 ；
    [0026] 第 26図 （A ) は中子を構成する熱膨張性素子の一例を示 す側面視説明図 ；
    [0027] 第 26図 （B ) はその正面視説明図 ；
    [0028] 第 27図 （A) は本発明によって得られる製品の一例を示 す側面図 ；
    [0029] 第 27図 （ B ) はその正面図 ；
    [0030] 第 28図 （A) は中子を構成する芯体の一例を示す側面視 説明図 ；
    [0031] 第 28図 （B ) はその正面視説明図 ；
    [0032] 第 29図 （A) は中子を構成する熱膨張性素子の一例を示 す側面視説明図 ；
    [0033] 第 29図 （B ) はその正面視説明図 ；
    [0034] 第 30図 （A ) は本発明によって得られる製品の一例を示 す斜視図 ；
    [0035] 第 30図 （ B ) はその正面図 ；
    [0036] 第 31図は中子を構成する芯体の一例を示す側面視説明図 ； 第 32図 （A) は中子を構成する熱膨張性素子の一例を示 す側面視説明図 ；
    [0037] 第 32図 （B ) はその正面視説明図 ；
    [0038] 第 33図は中子の一例を示す側面視説明図 ；
    [0039] 第 34図は本発明によって得られる製品の一例を示す斜視 図 ； 第 35図は中子を構成する芯体の一例を示す側面視説明図 ； 第 36図は中子を構成する熱膨張性素子の一例を示す側面 視説明図 ；
    [0040] 第 37図は本発明によって得られる製品の一例を示す斜視 図 ；
    [0041] 第 38図は中子を構成する芯体の一例を示す側面視説明図 ； 第 39図 （Α ) は中子を構成する熱膨張性素子の一例を示 す平面視説明図 ；
    [0042] 第 39図 （ Β ) はその熱膨張性素子を組合わせた状態を示 す平面視説明図 ；
    [0043] 第 40図は中子の一例の要部を示す断面説明図 ；
    [0044] 第 41図は金属部材を成形材料に仕込んだ様子を示す断面 説明図 ；
    [0045] 第 42図は金属部材を一部に有する製品の一例を示す断面 説明図 ； ·■ " Λ 第 43図は本発明によつて得られる製品 （細長いテーパー 管） の一例を示す斜視図 ；
    [0046] 第 44図は外型の一例を示す側面視説明図 ；
    [0047] 第 45図は中子の一例を示す側面視説明図 ；
    [0048] 第 46図はブリ フ ォ —ムおよび中子を示す斜視図 ； 第 47図は成形材料の异温過程における温度ブ！ 3 フ ァ イ ル を示す説明図 ；
    [0049] 第 48図は成形材料を成形過程において一端から他端にゥ ォ ッ シュアゥ 卜させる場合の温度プロフア イルを示す説明 図 ； 第 49図は加工温度にある製品の冷却過程における冷却パ タ一ンを示す説明図 ； および
    [0050] 第 50図 （A ) ， ( B ) , ( C ) は冷却過程における型締 めの様子を示す説明図である。 発明を実施するための最良の形態 本発明で使用する熱可塑性樹脂プリ プレダは、 具体的に は、 複数本の連続繊維を引き揃えて一方向に帯状に配列し た一般に トゥと呼ばれる繊維束にマ ト リ ックスの熱可塑性 樹脂を含浸させたもの （一方向引き揃えのプリプレダ （UD プリブレダ） ） 、 コ ミ ングル ドヤー ンに代表される舍浸お よび 又は界面の形成の完了していないャー ンの織布や一 方向引き揃えの布、 織組物などである。 この熱可塑性樹脂 プリ プレダを構成する繊維束に用いる補強繊維としては、 特に限定されないが、 好ましく は炭素繊維， ガラス繊維， ァラ ミ ド繊維 （芳香族ポリ ア ミ ド繊維） 、 炭化珪素繊維、 ボロ ン繊維、 アルミ ナ繊維等の耐熱性を備えた強度の大き い連続繊維を例示することができる。
    [0051] また、 マ ト リ ックスの熱可塑性樹脂としては、 特に限定 されないが、 好ま しく は融点が 343でのポリ エーテルエー テルケ ト ン （PEEK ) 、 融点が 282〜288 'C のポ リ フユユ レ ンサルフ ア イ ド （PPS)、 軟化点が 219で のポ リ エーテルィ ミ ド （PE I ) 、 ボ リ エーテルスルフ ォ ン （PES)、 ポ リ ァ リ レンケ ト ン、 ポ リ ア リ レ ンサルフ ア イ ド、 ポ リ ア リ ルイ ミ ド、 ポ リ ア ミ ドイ ミ ド、 ボ リ イ ミ ド、 ポ リ イ ミ ドスルフ ォ ン、 ポ リ スルフ ォ ン、 ポ リ ア リ ルスルフ ォ ン、 ポ リ エステ ル等の高融点または高軟化点の熱可塑性樹脂を例示するこ とができる。
    [0052] この熱可塑性樹脂プリ プレダにおける纖維の体積分率 V f )は、 一般の繊維強化熱可塑性樹脂が有する V f = 0 . 1〜0 . 3 に比べて高い 0 . 4〜0 . 7 程度であることが好まし い。
    [0053] 本発明で使用する熱膨張性の中子 （内型） は、 熱可塑性 樹脂プリ プレダのマ ト リ ッ ク スである熱可塑性樹脂より も 大きな耐熱性を有する樹脂からなる ことが必要で'ある。 す なわち、 この中子は熱可塑性樹脂プリ プレダの熱可塑性樹 脂が可塑化する温度で溶融流動しない耐熱性を有すること が必要である。 しかも、 この中子は、 この中子と外型との 間に積層配置された熱可塑性樹脂プリ プレダを内側から外 側へ向けて圧縮し、 その熱可塑性樹脂プリ プレダの積'雇 ライ間を密着させてその積層プライ間からボイ ドを排除し- さ らに熱可塑性樹脂プリ プレダの補強繊維を配向させるに 十分な大きさの熱膨張を行う熱膨張性であることが必要で ある。
    [0054] こ の中子は、 具体的には、 中実のマ ン ド レル、 中空のマ ン ドレル、 芯体の表面に複数個の熱膨張性素子を配置して なる複合体、 又は複数個の熱膨張性素子だけからなる集合 体の形態にある。 芯体は、 鉄やアル ミ合金等の金属製のも のでよい。
    [0055] これらの中実のマ ン ド レル、 中空のマン ドレル、 熱膨張 性素子をそれぞれ構成する好ましい樹脂としては、 フ ッ素 系樹脂ゃシリ コーン系樹腊を挙げることができる。 フ ッ素 系樹脂としては、 ポリテ トラフルォ口エチレ ン （PTFE、 商 品名テフ ロ ン） 、 ポ リ弗化アルコ キシエチ レン樹脂 （P FA)、 弗化ヱチレンプロピレンエーテル共重合体樹脂 （FE P )等の 熱膨張性が大で耐熱性の高い樹脂を例示することができる。 また、 シリ コ一ン系樹脂としては、 樹脂だけでは軟らか過 ぎるので、 耐熱性が大きい補強材料と混合したシ リ コ ー ン 樹脂を例示することができる。 これらの樹脂は、 使用に際 して、 無機繊維等の補強材料で補強してもよい。
    [0056] これらの樹脂のう ちで、 PTF Eを用いることが特に好まし レ、。 PTFEは、 260 で程度が使用限界で、 約 335 で の融点を もっとされるが、 分子量が極めて大きいため 335 でを超え ても融解することがな く、 それ自体の形状を保持している。 また、 体積膨張も大き く、 室温から 400 'cに温度を上げる と約 60 %も体積が膨張する。 熱分解温度は 420 'c程度であ る。
    [0057] 本発明では、 まず、 上記熱膨張性の中子の外側に外型を 配し、 この中子と外型との間に熱可塑性樹脂プリ プレダを 介在させ、 その熱可塑性樹脂の可塑化温度以上の温度に該 熱可塑性樹脂プリ ブレダおよび該中子を加熱して該中子を 膨張させるのである。
    [0058] この場合の加熱は、 空気中でも不活性ガス中でも真空中 でも行ってよい。 マ ト リ ックス樹脂によって必要な加熱の 雰囲気を選択すればよい。 加熱は一般に素早い方が、 マ ト リ ッ クス樹脂の劣化防止および時間の経済性の上から好ま しい。 また、 例えば、 熱膨張性素子の舁温過程について述 ベると、 それは、 中子の全ての熱膨張性素子が同時に昇温 するか、 片端部から他端部へ向って舁温するか、 又は中子 の中央部から先に昇温し、 中子の端部はそれより:やや遅れ る方が好ま しい。 その理由は、 パイプを製造する.場合に例 をとると、 パイ プの中央部が先ず膨張し、 ついでその膨張 がパィ プの端部に進行して行く ときにはパイ プを構成する 繊維の皺や弛みがその端部に向って掃きだされ ためであ る。 パイ プ全体が一様に昇温する場合には繊維 皺や弛み が発生しに く いが、 両端部から昇温する場合に:は繊維の皺 や弛みがパイ プの中央部に集まり易い。
    [0059] 加熱のためのエネルギー供給の手段は、 上記のことを考 慮しつつ具体的な製品形状に合わせて選択することができ る。 例えば、 雰囲気加熱、 内型や外型へのヒータ—の装塡 熱誘導加熟、 およびこれらの適当な組み合わせを利,用す！> ことなどが可能である。 ' ' つぎに、 本発明では、 このよう に加熱して熱 變性樹脂 を溶融させて型締めした後、 外型と共に該中子および該熱 可塑性樹脂プリ プレダを冷却する。
    [0060] この冷却は、 マ ト リ ックスたる熱可塑性樹脂の 晶性ゃ 残留応力の制御、 および型締め圧力 （少なく とも樹脂の阖 化に至るまでの型締め圧力） の維持に関して重矢な影響力 をもつ。 : … - 結晶性や残留応力の制御に関しては、 マ ト リ ックスたる 熱可塑性樹脂の種類により非常にシビアなケースもあれば、 それ程でもないケースもある。 型締め圧力の維持に関して は、 あらゆるマ ト リ ックスの場合に当てはまる問題である。 この問題には、 主として中子の構造のデザィ ンによって解 決される。 つまり、 例えば、 成形材料 （熱可塑性樹脂プリ プレダ） と中子の熱膨張性素子との冷却速度に差をつける ために、 中子を冷えにく くする力、 （もともと中子は成形材 料より も内側にあるので冷えに く いが、 さらにそれを救け るべく 中子を熱的に遮蔽する） 、 又は中子の熱膨張性素子 のデッ ドボリ ュ―ムや体積弾性の効果により、 熱膨張性素 子が若干収縮しても型締めをマ ト リ ックス樹脂が固化する まで維持できる。 このことは、 あまり意識しなく ても自然 に解決されている場合が多いが、 製品の形状によつては、 かなり困難な問題となることもある。
    [0061] 一方、 結晶性や残留応力の制御に閬しては、 シビアなコ ン トロールが必要な場合には、 冷却手段を適宜選択すれば よい。 急冷には、 中子、 成形材料、 および外型の全体に水 をかけるとか全体を水に漬けるのがよい。 徐冷するには、 必要とされる冷却速度に見合った保温を行えばよい。
    [0062] 中子からの製品の脱型は、 マン ド レル又は熱膨張性素子 が冷却後には賦形時より も縮んでいるために、 容易に行う ことができる。 成形体 （製品） の形状により脱型が不可能 な場合には、 中子を適当に分解して成形体より取り出せば よい。 このためには、 予め分解と組立が可能な中子を用い ればよい。 外型からの製品の脱型を容易とするためには、 離型のための何らかの手立てを講じておく ことが好ましい < 例えば、 離型用フィルム、 離型用フォィル、 離型剤などで 外型の内面を覆うなどにより離型処理を行えばよい。 しか し、 外型として例えば銅バイ プを用いる場合には、 離型の 手立てを何ら施さな く ともよい。 この場合、 外型自体をェ ツチングして化学的に溶解させてしまう ことが可能だから である。 また、 銅パイプを外型として用いる場合には、 い ちいち別に外型をあつらえな く て済むので制作する製品の 数量が少ないときに便利である。 さ らに、 銅パイ プは肉面 の表面精度が特に優れているので、 得られる製品の外面の 表面精度を高めることができる。
    [0063] 以下、 中子として、 中実のマン ドレル、 中空のマン ド レ ル、 芯体の表面に複数個の熱膨張性素子を配置してなる複 合体、 および複数個の熱膨張性素子だけからなる集合体を それぞれ用いて、 熱可塑性樹脂製中空体を製造する方法を 具体的に説明する。
    [0064] (1) 中実のマン ドレルを用いる場合、 本発明では、 上記熱可 塑性樹脂プリ プレダを、 この中実のマン ドレルに巻回する この巻回は、 例えば、 通常のワイ ンディ ング法又はローリ ング法によって行えばよい。 ワイ ンデイ ング法では幅が 3 〜6 の熱可塑性樹脂プリ プレダが、 ローリ ング怯では幅 が 70mn！〜 600m m の熱可塑性樹脂プリ プレダのテープが婊ま しく使用される。 この場合に用いる装置としては、 フイ ラ メ ン ト ワイ ンディ ング法やテープワイ ンデイ ング法におけ ワイ ンデイ ング装置や口一リ ング法におけるロー リ ング 装置が挙げられる。
    [0065] これらの装置等により熱可塑性樹脂プリプレダは中実の マ ン ド レルに対し張力を与えながらパイ ブ状に中実のマ ン ドレルに巻回される。 この巻回作業をするとき、 熱可塑性 樹脂プリ プレダの巻きほぐれを防止し、 卷回物のプライ間 の隙間を低減させるため、 巻回途中の適当なところでハン ダコテ等を用いて熱可塑性樹脂プリプレダを加熱してブラ ィ間を仮止めしながら、 できるだけ緊密に巻回することが 好ましい。
    [0066] 中実のマン ドレルに対する熱可塑性樹脂プリプレダの卷 回が完了して卷回物ができると、 次にその巻回物は加熱成 形工程に付される。
    [0067] 本発明では、 この加熱成形工程に付すときの巻回物の外 形を外型で拘束状態にすることが必要である。 この外形の 拘束は、 卷回物のプライ間が前記のように仮止めされてい るために巻回物の外形が一時的には一定に保たれていると しても、 巻回物を加熱成形工程に付すとその外形が崩れて しまったり、 中実のマン ドレルが膨張する際に巻回物中に 配列した繊維の方向が乱れたり、 ズレたりする恐れがある ため、 それを防止することにある。 しかし、 さらに重要な ことは、 この卷回物の外形拘束により、 はじめて中実のマ ン ド レルの熱膨張による圧力をパイプ状に卷かれた巻回物 の積層ブライ の内側から内外に均等に加えて、 その積層プ ライ間を密着させ、 その積層プライ間からボイ ドを除去す ると共に、 巻回物を構成する熱可塑性樹脂プリプレダの補 強繊維を正しく配向させることができることである。
    [0068] 上記外形拘束方法としては、 例えば、 真空バッグの中 巻回物と共に中実のマン ドレルを揷入してその表面に大気 圧等を作用させる方法、 耐熱フ ィ ルムや金属フォイ ルのよ うなテープ等を使用して巻回物の表面をテーピングし、 チ ビングの張力を利用する方法、 薄肉の金属パイ ブを巻回 物の表面に被せる方法、 金型を用いる方法などがある。 こ れらの拘束方法は成形すべき中空体の仕様に応じて適宜選 択される。 また、 外形を拘束するのに先立って、 ^形を拘 束する外型と巻回物の熱可塑性樹脂との間の接着を防ぐた めに、 離型剤や離型シー トを卷回物とその外型との間に介 在させることも可能である。
    [0069] 加熱成形工程の成形温度は、 巻回物を構成する熱可塑性 樹脂プリ プレダの熱可塑性樹脂の可塑化温度以上である。 具体的には、 その熱可塑性樹脂が結晶性の熱可塑性樹脂の 場合には、 その融点より も高い温度、 好ま しぐは 〔融 + 10 20 'c〕 以上の温度がよい。 また、 非結晶性め熱可塑性 樹脂の場合には、 その軟化点より高い温度、 好ま しく は 〔軟化点 + 100 'c〕 以上の温度がよい。
    [0070] 加熱成形の際の加熱手段としては、 特に限定されないが、 最も簡単な手段としては、 電気オーブンを挙げることがで きる。 加熱時間は、 一般に、 中実のマン ド レルの中心 で 所定の成形温度となるように巻回物サイ ズに応じて設定さ れる。 通常、 巻回物が所定の成形温度に上昇したと思われ た時から、 若千時間、 たとえば 30 60分間、 その威形温度 に保つのがよい。 加熱により中実のマ ン ドレルが十分に膨 張したときに、 巻回物の積層プライ間の密着が完了する。 最後に、 このよ う に加熱された巻回物および中実のマ ン ドレルを冷却した後に巻回物から中実のマン ドレルを引き 抜く。 これによつて、 製品と中実のマ ン ド レルが回収され る。 冷却は自然放冷でもよいし、 何らかの冷却手段を使つ て積極的に冷却してもよい。
    [0071] 以下に図を参照して、 この場合の中空体の製造方法の実 施例を説明する。
    [0072] 実施例 1
    [0073] 第 1図 （A ) および第 1図 （ B ) は本発明の最初のステ ッブを示す。 第 1図 （ A ) において 1 は PTFE 製の中実の マ ン ド レル、 第 1図 （ B ) において 2 は斜線の方向に連続 繊維を配列させた補強繊維 3を有する熱可塑性樹脂プリ プ レグである。 この熱可塑性樹脂プリプレダ 2 は、 補強繊維 3がバイアス方向にカ ツ トされてなるシー トを 2枚重ね合 わせて形成されている。 なお、 熱可塑性樹脂プリプレダ 2 としては、 PEEK をマ ト リ フ クスとし、 直径約 7 / m の炭 素繊維フイ ラメ ン トを補強繊維とする繊維体積分率 Vf が 0.61 、 シー ト幅が 305 m、 厚さが 0.125 mmの ICI— Fibe rite社製の APC— 2/AS— 4 を用いた。
    [0074] 第 1図 （A) および第 1図 （B ) の準備に次いで、 第 2 図のようにワイ ンディ ング装置によりマン ドレル 1 に熱可 塑性樹脂プリ プレダ 2を卷回してい く。 熱可塑性樹脂プリ プレダ 2 は、 できるだけタルミが生じないように張力を与 えながらパイ ブ状に巻回され、 巻回途中の所々でハ ンダゴ テで加熱され、 仮止めが施される。
    [0075] 第 3図は上記巻回作業を終えてできた巻回物 1 1を示して いる。 なお、 この状態でマ ン ド レル 1 の直径は 3(T 、 熱可 塑性樹脂プリ プレダ 2のブライ数は 30、 プライ層の肉厚は 約 4 . 8 »»であった。 また、 こ の状態で層間の^ィ ドは合計 で約 1 / 4 に相当する 1 . 2關 であった。
    [0076] 次いで、 巻回物 1 1と共にマ ン ド レル 1 を第 4図に示すよ うに、 真空バッグ 6の中に入れ、 密封状態にした後、 真空 ポンプに接続された排気用ホース 7 を介して真空バッグ 6 内の空気を吸引除去する。 真空バッグ 6には、 ポリ イ ミ ド フ ィ ルム （デュポ ン社製の " カプ ト ン（KAPT0N ) 11 100H ) を用いた。
    [0077] 真空包装後において、 巻回物 11およびマン ド レル 1 の表 面の真空バッグ 6のポリ ィ ミ ドフ ィ ルムが皺にならないよ うにすることが好ま しい。 真空バッグ 6で真空包装するこ とによ って l K g/ crf の大気圧が巻回物 11の外周から巻回物 1 1の積層部に均等に作用し、 その外形が確実に拘束される。
    [0078] 上記のように外形を拘束した巻回物 11およびマン ドレル 1 を、 第 5図のように電気オーブンに入れて加熱成形する。 電気オーブンは、 上下に熱ブロ ック 8 , 9を配し、 断熱ブ 口 ック 10でシールすることにより内部を 400 'cに保つよう に加熱できるようになつている。 加熱開始後、 30分間経過 した後に巻回物 11およびマ ン ド レル 1 を電気オーブンから 取り出して放冷し、 ついで卷回物 1 1からマ ン ド レル 1 を引 き抜いて成形体のパイプを得た。
    [0079] 得られたパイプは、 内径 36 «a , 肉厚 3. 7 wで、 補強織維 が ± 45。 の角度で乱れの全く ないように積層され、 しかも 顕微鏡観察の結果、 ボイ ドの全く ない高品質のものであつ た。
    [0080] 実施例 2
    [0081] 熱可塑性樹脂プリ プレダの繊維配列が 0 ° と 90 。 になる ように積層した以外は、 実施例 1 と全く 同じ条件でパイプ を作製した。
    [0082] 得られたパイ プは、 補強繊維が 0 。 と 90。 の角度で積層 している以外は実施例 1 と同様に繊維の乱れやボイ ドのな い高品質のものであった。
    [0083] 実施例 3
    [0084] 熱可塑性樹脂プリプレダとして PPS をマ ト リ ックスとす るフ ィ リ ップス石油㈱製の繊維体積分率が 0. 5 の AC - 40 - 60を使用し、 マン ドレルとして PFA製の中実丸棒を使用し て実施例 1 と同様にしてパイプを作製した。 ただし、 巻回 物の外形の拘束手段としては、 厚さ 50 ;« rn のポリ イ ミ ドフ イ ルム （デュポン社製 " カプ ト ン（KAPT0N) " 200Hテ一プ） を 1 /3 幅づっラ ップさせながら巻き付ける方法を使用し、 加熱成形温度は 310で とした。
    [0085] 得られたパイプは、 内径 34mm， 肉厚 3. 9mmで、 捕強織維 が ± 45。 の角度で乱れの全く ないように積層され、 しかも 顕微鏡観察の結果、 ボイ ドの全く ない高品質のものであつ た。 (2) しかしながら、 上述した中実のマン ドレルを用いる方法 では、 中実のマン ドレルの熱膨張と型締めとに頼っている 為、 熱膨張が型締めに対して不十分な場合、 即ち、 製作し よう とする中空体の肉厚が比較的厚く て中実のマ ン ドレル の 1 回の熱膨張では不足であるとか、 マ ト リ ク の熱可塑 性樹脂の融点若し く は軟化点が比較的低い為に中実のマン ド レルと熱可塑性樹脂との温度差が大き く取れな くて 1面 の熱膨張では不足な場合等には、 ボイ ドのない品質 · 外観 ともに優良なる中空体を得ることはできない場合がある。 そこで、 本発明では、 中実のマン ドレルを用いる繊維補 強熱可塑性樹脂中空体の製造方法において、 厚肉化の製造 限界を打破し、 外径 Z厚さ比の小さな中空体の製造.を可能 とする方法をも提供する。 この方法で得られ 4中空体は、 特に強度を要する耐圧部品、 曲げやねじり剛性を要求され る動力伝達部品に利用される。 また、 こ の方法ほ、 やや牴 融点のエ ンジニア リ ングプラ スチク スをマ ト リ ク ス とする 連続繊維補強のパイプ製造にも応用される。
    [0086] この方法は、 熱可塑性樹脂をマ ト リ ッ ク スとするプリプ レグを、 熱膨張性が大き くて前記熱可塑性樹脂より も耐熱 性が大きい樹脂からなる中実のマ ン ド レルに巻回し、 得-ら れる巻回物の外形を外型で拘束しながら前記熱可塑性樹脂 の可塑化温度以上の温度に該巻回物および前記中実のマン ドレルを加熱して該中実のマン ドレルを膨張させ と共
    [0087] . '' ' '. 巻回物の内部空隙を減少させ、 次いで該巻回物および前記 中実のマン ドレルを冷却した後に該巻回物から前記中実の マン ドレルを引き抜いて中空体を回収した後、 前記中実の マン ドレルと材質が同じで前記中実のマン ドレルより も外 径のやや大きい中実のマン ドレルを上記中空体に挿入し、 この中空体の外柽を拘束しながら再度中実のマン ドレルを 熱膨張させ、 中空体の層内の空隙が実質的に排除されるま で、 中実のマン ドレルの外径を順次大き く してこの手順を 繰り返すことを特徴とする。
    [0088] すなわち、 この方法では、 先ず細い中実のマン ドレルを 用いてこの中実のマン ドレルを内側より熱膨張させて得ら れる中空体の内径を拡張しておき、 次いで、 最初に用いた のより もやや太い中実のマン ドレルをその中空体に挿入し て、 再び内側より熱膨張させて、 先より も更に中空体の内 径を拡張させ、 中空体の層内の空隙が実質的に排除される まで、 中実のマン ドレルの径を順次多く して加熱をく り返 すのである。
    [0089] 1 回の中実のマンドレルの熱膨張では、 中実のマン ドレ ルの膨張をより多く必要とする厚肉の中空体を製造するに 際しては、 中実のマン ドレルを膨張させても中空体の内径 を十分に拡張できないので、 積層ボイ ドの残った中空体し かえられない場合がある。 しかし、 この段階では、 最初に 用いた中実のマン ドレルの外径より も中空体の内径は拡張 している為に、 この中実のマン ドレルより も 1廻り太い中 実のマン ドレルを中空体に挿入することが出来る。
    [0090] そこで、 中実のマン ドレルを先ず、 細いものを用いて内 側より熱膨張させて仕上り中空体の内径を拡張しておき、 次いで、 最初に用いたのより もやや太い中実のマ ン ド レル をその中空体に挿入して、 再び内側より熱膨張させる。 こ の場合、 未だ積層ボイ ドを有する中空体にやや太い中実の マン ドレルを揷入することは容易である。 挿入される中実 のマ ン ド レルは加熱されていない状態にあるが、 中空体は 加熱されていなく ても、 加温状態であっても差しつかえな い。 そして、 中実のマン ドレル、 中空体ともに ェ温度 (可塑化温度以上） に至れば、 最初の段階に比較してより 中空体の内径は拡張し、 積層ボイ ドも減少する。
    [0091] 中空体の層内の空隙が実質的に排除されるまで、 中実の マ ン ド レルの径を順次大き く して加熱をく り返す。 1 回で 積層ボイ ドを排除することが出来る場合が多いが、 それが 叶わぬときはより太い中実のマン ドレルを順次使用してい く。 これにより、 最後には積層ボイ ドを完全にな く すこと が出来る。 これはマ ト リ ク ス樹脂が熱可塑性であり、 加熱 と冷却の温度操作によつて可逆的に何度でも可塑化と固化 を行えるからに他ならない。
    [0092] 以下に図を参照して、 この場合の中空体の製造方法の実 施例を説明する。
    [0093] 実施例 4
    [0094] 第 6図， 第 7図， 及び第 8図は、 こ の方法の一例の手順 を示す図である。 第 6図及び第 7図において、 21は P T F E製の中実のマン ドレル、 22は P E E Kをマ ト リ クスとし 炭素繊維で強化したプリ プレダシー ト（ APC - 2/A S4 ) を出 来るだけ隙間なき様にマ ン ド レル 21に巻いた巻回物で、 そ の外形を銅パィプ 23で拘束してある。
    [0095] 第 6図の状態は、 製品のパイプとなるプリ プレダ材料を. 熱膨張するマン ドレル 21と外形拘束を行う銅パイ プ 23との 空間に配置したところである。 因みにマ ン ド レル 21の径は 2 0 «、 銅パイブ 23の内径は 3 2■»である。
    [0096] 第 6図の状態の素材を、 4 0 0 'cにまで加熱し、 マ ン ド レル 21 , プリプレダシー ト， 銅バィブ 23がともに 4 0 0 で まで達した後に室温まで冷却して、 第 7図の状態を得る。 マ ン ド レル 21は 4 0 0 'cにおいて径が 2 3 Mまで膨張した ために、 プリプレダシ— トは P E E Kの溶融下に銅パィプ 23とマ ン ドレル 21の間で均等に圧縮を受けて内径 2 3™の パイプ 25を形成する。
    [0097] しかし、 パイ プ 25は未だ圧縮が十分でない為に積層ボイ ドを有する。 尚、 マン ドレル 21の冷却によってパイ ブ 25と マ ン ド レル 21の間には空隙 27が生じている。 この空隙 27に は、 太いマ ン ドレル 21 a (直径 2 2 w ) を容易に挿入する ことが出来る。
    [0098] この様にして太いマ ン ドレル 21 aを細いマ ン ドレル 21と 交換して、 再び先と同様に 4 0 0 でまで加熱し、 同様に冷 却して第 8図に示すパイプ 26を得た。
    [0099] この過程で積層ボイ ドを舍んでいたパイプ 25は内径が 2 5. 3 ««となって、 積層ボイ ドを全く含まない外観 ' 品質と もに良好なるパイ ブ 26を得ることが出来た。 第 8図におい て、 マン ドレル 21 a の冷却によつて空隙 28が生じ、 パイプ 26からマン ドレル 21 aを容易に引き抜く ことが出来る。 この様にして、 ± 4 5 ての繊維配向を持つ、 肉厚 3. 3 5 «、 外径 3 2 «の （外径ノ肉厚 9. 6 ) 積層ボイ ドを舍まな い良好なる厚肉のパイプを得ることが出来た （尚、 1 回の マン ドレル膨張で作成できるバイ プ 厚の限界は、 外接/ 肉厚比 = 13 . 17である。 ）
    [0100] 実施例 5
    [0101] 実施例 4 とほぼ同じ手順に従って P P Sをマ ト リ ッ クス とし、 ガラス繊維で強化したプリブレダ材料を甩いてパイ プを製作した。 ' '
    [0102] 但し、 マン ドレルの径は 2 0 «m、 銅パイ プの内径は 3 2
    [0103] ■»、 加熱温度は 3 3 0 でであり、 第 7図の状態を得た。 マ ン ド レルは 3 3 0 'cにて径が 2 2. 6 «まで膨張したため、 内径 2 2. 6 «のパイ プ 25を形成する。
    [0104] これに再び太いマン ドレル （直径 2 2 » ) を揷入し、 再 び 3 3 0 てまで加熱し、 内径 2 4. 9 miのパイプを得た。 当 パィ プは未だわずかではあるが、 積層ボィ ドを含んでおり、 良好なるパイ プではない為、 もう一度マン ドレルを少し太 いものに交換し （直径 2 3 « 再び 3 3 0 てまで加熱し冷 却して、 第 8図 （但し、 マン ドレルは 21 aよ も 1 M太い） の如き状態を得た。 こう して得られたバイブは内径 2 5. 6 «»、 肉厚 3. 2™、 外径 3 2 ««の （外径ノ肉厚 = 1 0. 0〉 積 層ボィ ドのない良好なものであった。 この場合に直径 2 3 Mのマン ドレルは （ 1 3 %の熱膨張となるので） 2 5. 9 9 m にまで膨張するが、 径方向の膨張はプ プレグの材料に よって （ボイ ドがな く なつてからは） 制限され、 余つた膨 張は軸方向の膨張となり、 成形するプリプレダに余分な膨 張はかからないですむ。
    [0105] ここで実施例 4、 実施例 5及びこれにつづく比較例に共 通する肉厚について述べる。 積層ボイ ドを含まない様に積 層したときの肉厚は （熱硬化性樹脂のプリ プレダとは異な り） 樹脂の流れ出しが実質的には生じないため、 緒元とし てパイプの外径と、 巻回するプリ プレダシ一 トの量、 即ち 巻回方向の長さを与えれば自ずと定まる。 マン ド レル径が 膨張時において、 最終的に期待される内径に一致するか、 又は上廻るときに、 実施例 4、 実施例 5に示す様な積層ボ ィ ドのないパイブが得られ、 それに満たないときには、 積 層ボィ ドのある良好でないパイブとなる。
    [0106] 比較例 1
    [0107] 実施例 4 と途中までは全く 同じで、 1 回だけ加熱を行つ たもの。 このパイプは積層ボィ ドのない状態の肉厚 3. 3 « に対して 4. 5 »の肉厚を有しており、 外観的にはまずまず だが約 2 5 %の積層ボイ ドを有していた （この様にボィ ド の大きいパイプは強度的にも非常に劣る。 ）
    [0108] (3) 中空のマン ドレルを用いる場合には、 第 9図に示すよう に、 熱膨張性の中空筒状マン ドレル 31の外周面と、 内径が マン ドレル 31の外径より も大きい中空筒状外型 33の内周面 との間に、 熱可塑性樹脂プリ プレダ 32を介在させる。 中空 のマン ドレルは中実のマン ドレルに比して熱伝導性がよい。 中空筒状マン ドレル 31の外周面と中空筒状外型 33の内周 面との間に成形材料（ 熱可塑性樹脂プリプレダ 32) を介在 させるには、 前述した中実のマン ドレルを用いる場合と同 様に行えばよい。 ついで、 中実のマン ドレルを用いる場合 と同様に加熱および冷却を行う ことにより、 繊維補強熱可 塑性樹脂中空体を得ることができる。
    [0109] また、 マン ドレル 31には、 第 10図に示すように、 中実又 は中空の金属又はセラ ミ ックスの芯 34を嵌入しておいても よい。
    [0110] これによつて、 マン ドレル 31を支持できるのでマン ドレ ル 31が薄肉の場合でもマン ドレル 31が変形することなく 、 成形材料を均一に圧着することができる。 また、 中空の金 属芯を配する場合には、 特に熱伝達が迅速かつ均 ""となり、 生産効率、 品質の面で特に著しい効果がある。
    [0111] さらに、 例えば第 11図に示すように、 マ ン ド レル 31は軸 に対して平行 （ 0 。） な繊維 35で補強されていてもよい。 これによつて、 熱膨張を軸方向は抑制し、 径方向を強調す ることができる。
    [0112] その上、 第 12図に示すように、 マン ドレル 31は軸に対し て平行 （ 0 。） の織維 35および軸に対して直角 （90。） の 繊維 36によって補強されていてもよい。 これによつて、 マ ン ドレル 31が径方向にいっそう均一に膨張することが可能 となる。
    [0113] 芯 34が中空の場合には、 第 13図に示すように電熱ヒータ 一 37を芯 34内に装入するか又は第 14図に示すように熱媒体 供給管 42を内蔵した筒 41を芯 34内に装入するとよい。 これ によって、 雰囲気加熱によるより も迅速かつ均一に加工温 度を得ることができるため、 やはり生産時間の短縮や品質 の向上などの効果がある。 特に雰囲気加熱では全体が雰囲 気温度に達するのに時間がかかる長尺パイブ （大型成形物） においては効果が著しい。 なお、 第 13図中、 40は電力供給 部を表わす。 第 14図中、 43は加熱炉の壁面を、 44は熱媒体 入口を、 45は熱媒体出口を表わす。
    [0114] 以下に、 この場合の中空体の製造方法の実施例を示す。 実施例 6
    [0115] 第 9図に示すような中空の P T F E製マ ン ド レル 31を用 いて、 £ £ 1{製1； 0プリプレグ （APC-2/AS 4、 ICI-FIBE IHTE社製） を巻いたものをマ ン ドレル 31と外型 33との間に 装てんし、 これら全体を 400 ° の加熱炉に入れて 30分間保 ち、 次いで冷水 （約 20で） を満たした水槽中に投じて急冷 した。
    [0116] このようにして得られた P E E Kをマ ト リ クスとする炭 素の連続繊維強化中空体は、 いたるところで繊維の乱れや 積層ボイ ドのない極めて均質で良好なる成形体であつた。 比較例 2
    [0117] 中実の P T F Eマ ン ド レルを用いた他は実施例 6 と同じ 構成で P E E Kをマ ト リ ク スとする炭素の連続繊維強化の 中空体を製作した。 加熱炉に入れて 30分保ったが、 マン ド レルの中央部が十分に加熱されておらず、 中央部に積属ボ ィ ドが残存しており、 不具合であった。
    [0118] 実施例 7
    [0119] 第 10図に示したマン ドレルを用いて、 実施例 6 とほぼ同 様にして中空体を製作した。 ここで用いたマン ドレルは、 金属パイ プ上に実施例 6 のものと同一寸法の無垢材の P T F E製の中空体を設けたものである。 この場合、 金属バイ プの効果により熱伝達が均一かつ速やかに達成され、 20分 の加熱で実施例 6 と同様の品質的に優れた製品を得ること ができた。
    [0120] 実施例 8
    [0121] 第 11図に示したマ ン ド レルを用いた他は実施例 6 と同じ 構成で製品を作つた。 マン ドレルについて述べると、 軸方 向にガラス織維で補強してあり、 P T F Eの肉厚が実施例 7 の場合の ½である他は、 マン ドレルの外径等も同一であ る （ P T F Eが薄い分だけ、 金属パイ ブの外径が大きい） 。 この場合、 P T F Eの肉厚がうすいにも拘らず、 軸方向の 熱膨張がガラス繊維で制限されて、 半径方向の熱膨張は十 分に達成される。
    [0122] 本例では、 P T F E層がうすいため、 加熱時間は 10分で 良好なる製品を得ることができた。 また、 マン ド レルの変 形も少な く 、 そのまま再使用が可能であった。 マン ドレル の構造がやや複雑である為に、 マ ン ド レルは高価ではある が、 加熱時間も 10分と短く てすみ、 再使用のための形状回 : 復も不要であるなど、 全体的にみれば製作コス トを低缄さ せる効果が著しい。
    [0123] 実施例 9
    [0124] 第 13図に示した棒状の電熱ヒーター （カー ト リ ッジヒ ー ター） を第 10図に示した金属製パイ プの中に挿入して、 後 は他の実施例と同様の方法で製品を製作した。 加熱炉中で ヒーターを加熱したところ、 3分間で全体の均一な加熱が 完了し、 良好なる製品を得ることができた。
    [0125] 実施例 10
    [0126] 第 10図に示したマ ン ド レルに、 第 13図に示したヒーター を揷入して、 加熱手段を持つマン ド レルとし、 その周囲に P E E Kをマ ト リ クスとするプリ プレダテープ （APC- 2/AS 4)を ± 45 ° の層構成になるように巻きつけ、 その上に外型 を配した。
    [0127] これを 4 00での加熱炉中に入れ、 同時にヒーターを作動 させ、 雰囲気加熱およびヒーター加熱によって軸方向に均 一かつ急速に加熱し、 約 3分でプリ プレグおよびマン ドレ ル、 外型を 4 00 ΐに到達させた。
    [0128] 次いで、 ヒーターを抜き取り、 そのまま冷水中に投じて 急冷した。
    [0129] このようにして得られた製品の中空体は、 織維の乱れや ボィ ドもなく良好なるものであった。
    [0130] (4) つぎに、 芯体の表面に複数個の熱膨張性素子を配置して なる複合体、 および複数個の熱膨張性素子だけからなる集 合体を中子として用いる場合について説明する。
    [0131] 芯体の機能は、 型締めのときに中子の熱膨張によって生 じた型締めの力を支えると共に、 個々の熱膨張性素子の位 置を規定することである。 したがって、 芯体に必要とされ るのは、 使用される温度における強度、 剛性などの機械的 性質と、 熱膨張性素子を拘束する仕切り、 凹凸、 或いはそ の他の適当な手立てを有するこ とである （熱膨張性素子の 形状によっては、 これらの手立てを要しない場合もある） 。 さらに、 加熱を促進したり、 冷却を制御するための適当な 手段を併せ持つていることが好ま しい。 芯体の内部は、 中 空又は中実のいずれでもよい。 また、 芯体は、 必要に応じ て分解可能なように構成されるのが好ま しい。
    [0132] 中子の構成要素に関する例外としては、 中 が複数個の 熱膨張性素子だけから構成されるこ とである。 比較的小さ い製品又は比較的細い製品を成形する場合には、 熱伝導に 起因して製品の品質が不均一となるという問題が無視し得 るので、 熱膨張性素子だけから構成される中子を用いても 良好な製品を得ることができる。 したがって、 この場合に は、 敢えて芯体のある中子を用いる必要はない。
    [0133] 芯体のある中子としては、 熱膨張性素子の個数や形状に は特に制限はないが、 例を挙げると第 19図 （Α ) , ( Β ) に示すように輪切り状のものを 1個〜数個並べたものがあ る。 第 19図 （Α ) は、 芯体 70に輪切り状の熱膨張性素子 71 を 3個嵌め込んだ場合を示す。 第 19図 （Β ) は、 芯体 70に 1個の輪切り状の熱膨張性素子 71を嵌め込んだ場合を示す。 熱膨張性素子が 1個の場合には、 中実又は中空のマ ン ド レ ルに相当する。
    [0134] こ こで、 各々の輪切り状の熱膨張性素子は、 製品の彤状 に応じて径ゃ大きさを変化させることができる。 輪切り状 の熱膨張性素子を利用する場合の熱膨張性素字と芯体との 結合手段としては、 例えば、 芯体上に設けた仕切りの凸部、 芯体上に設けた表面の凹凸、 外型の一部の機構、 芯体 . 外 型とは独立した機構の何れでもよい。
    [0135] 輪切り状ではない板状や棒状、 レ ンガ状ゃタ イ ル状の熱 膨張性素子を利用する場合には、 結合手段としては輪切り 状の場合より も確実に結合し得るものを用いるのがよい。 この場合の結合はタイ トである必要はないが、 脱落しない ことが肝要である。
    [0136] 熱膨張性素子は相互に密着していなくてもよいが、 成形 材料のマ ト リ ックスが流動を開始するまでには膨張して中 子表面上で密着するように、 予め設計しておく 。 熱膨張性 素子をジクソ一パズルの如く相互に嵌合させて連結してお いてもよい。
    [0137] 熱膨張性素子は、 個々には X , Y , z方向に一般に熱膨 張する力 本発明におけるように高い圧縮応力下に置かれ ると、 適当に弾性変形又は塑性変形して空隙を埋めるよう に膨張する。 このため、 必ずしも加熱変形時の熱膨張性素 子の形状を基準として、 等方的な熱膨張を仮定して熱膨張 性素子を設計しな く ともよい。
    [0138] 逆に、 熱膨張性素子を織維強化しておき、 これにより熱 膨張性に著しい異方性を与えて （極端な場合には X方向の みに膨張して、 Υ、 Ζ方向には膨張しないようにすること ができる） 、 膨張の有効な方向のみを利用することもでき る （この場合、 X方向を製品の法線に一致させる） 。 また、 熱伝導をよ くするために、 熱伝導率の高いフ イ ラ一を含有 する熱膨張性素子を用いてもよい。 芯体の表面に複数個の熱膨張性素子を配置してなる複合 体を中子と して用いる場合には、 例えば、 第 15図に示すよ うに、 横断面円形又は楕円形の空洞 62がー端から ¾他端に貫 通した外型 61の該空洞 62の内面に、 熱可塑性樹脂プリプレ グを所望の層構成となるように巻き付けて横 面円形又,は 楕円形の中空巻回物 63とする。
    [0139] 外型 61は、 その材質としては特に限定されるものではな いが、 加工温度において変形や変質が生じることがなく 、 かつ熱膨張性素子の膨張による圧力に耐えることが必要で あるため、 鉄やアルミ合金等の金属製であることが好まし い。 また、 この外型 61は、 一体型のものでもよいが、 上下 2つに割れてボル ト等で型締めできるような割り型であ のが製品の取り出しなどが容易となるので好ましい。
    [0140] 本発明では、 外型 61の空洞 62の内面に、 熱可塑性樹脂プ リ プレグを所望の層構成となるように巻き付ける。 この壕 合、 熱可塑性樹脂プリ プレダは硬化した例えばシ— ト状の ものであるため、 これを渦巻状に巻いて空洞 62内に入れれ ばよい。 また、 渦巻状に卷く に際して、 ハンダゴテ等にて プリ プレダにスポ ッ ト溶接を施して仮止めしておいてもよ い。 なお、 空洞 62の内面には、 離型剤等を前以つて塗布レ てもよい。
    [0141] ついで、 第 16図に示すように、 芯体 64とこの芯体 64の周 囲に配置された複数個の熟膨張性素子 65からな^横断面楕 円形の中子 66を中空巻回物 63の中空部に挿入する。
    [0142] 芯体 64は、 外型 61と同様に加工温度において変形や変質 が生じることがなく 、 かつ熱膨張性素子の膨張による圧力 に耐えることが必要であるため、 その材質としては特に限 定されるものではないが、 鉄やアルミ合金等の金属製であ るのがよい。 また、 中実でな く ともよ く、 中空又は空洞化 してもよい。 中空又は空洞化していると、 芯体 64自体が軽 く なると共に熱伝導性も良く なるので好ましい。
    [0143] 熱膨張性ヱレメ ン ト 65は、 等方的な熱膨張を示す （成形 条件等に起因して若干の異方性が残る場合もあるが、 巨視 的には等方的であると見做される） 。 このため、 熱膨張性 素子 65は、 第 16図に示されるように、 相互に隙間を開けて 配置される。 また、 必要に応じて、 熱膨張性素子 65の相互 間に金属箔等を配してエ レメ ン ト同士の熔着を防ぐことも ίτえる。
    [0144] このようにして中子 66が揷入された中空巻回物 63を加熱 する。
    [0145] 加熱は、 外型 66ごと加熱炉 （熱風炉、 脱脂炉などが好ま しい） に入れて行えばよい。 この場合、 加熱温度は、 プリ プレダのマ ト リ ッ ク ス樹脂の融点より も 30。c 〜 100 。c高く するとよい。 加熱時間は全体が雰囲気温度に達する時間で よい。 この加熱により、 熱膨張性素子 65が縦 · 横 · 高さの X · Y · Z方向に熱膨張して、 第 17図に示すように、 熱膨 張性素子同士が密着し、 中空卷回物 63を内側より外型 61方 向へ押圧して中空巻回物 63を全周に亘つて均等に型締めす る。
    [0146] ついで冷却することにより、 熱膨張性素子 65は元の大き さに戻る （第 16図参照） 。 したがって、 冷却後に中空巻 H} 物 63を外型 61から取り出すことにより、 第 1&図に示され ¾ ような外観的にも繊維の乱れや厚みムラのない機械的特性 にも優れた製品 （楕円バネ） 67が得られる。
    [0147] 以下、 この場合の中空体の製造方法の実施例を示す。
    [0148] 実施例 11
    [0149] 第 15図に示すような鉄製の外型 61の空洞 62内に、 PEEKを マ ト リ ックスとする プリ プレダシ一 ト（APC-2/AS4、 ICI Fiberite社製） を ±45。 の積層構成となるように各 12ブラ ィ の合計 24ブラィで丁度 3.0 mmの厚さとなるように装塡し、 さらにその内部に PTFE製の熱膨張性素子 65を配し、 その内 部にさ らにアルミ ニゥム製の芯体 64を装塡した。
    [0150] これを 400 てに保った熱風オーブン中に入れ、 60分間保 持し、 第 17図に示すように熱膨張性素子 65が相互に密着し、 しかも中空巻回物 63の層間の隙間がな く なつているのを確 かめた上で、 全体をオーブンから出して冷却したところ、 第 18図に示されるようなボイ ドもなく繊維の乱れもない外 観的にも特性的にも優れた楕円パネが得られた。 この楕円 バネは、 リ ング幅 50 mm 、 短径 77 mm 、 長径 154 mm、 肉厚 3 mm、 VF 0.61 であった。
    [0151] 実施例 12
    [0152] 積層構成が周方向に対し 0 ° 、 90 ° の交互積層 （最外層 0 ° 〉 となるようにした以外は、 実施例 11におけると同様 に行った。 同様の楕円バネが得られた。
    [0153] ここで若干補足的に述べると、 連続織維補強の熱可塑性 樹脂をマ ト リ ックスとする複合材料で成形を行う場合、 ① 繊維配向が設計通りに乱れな く実現しているか、 ②積層ボ ィ ドが消滅しているか、 ③鏃維の分散に粗密が生じ、 その 結果、 樹脂溜りが生じている箇所はないかという点が性能 上肝要となる。 繊維の乱れがな く、 積層ボイ ドがな く、 鏃 維と樹脂の分離がないことが製品の高性能を保証するから である。 逆に、 これらの点を満足しない箇所がある場合、 その箇所が弱く てそこから破壌が進むという性能的に劣つ たケースに至ってしまう。 そこで、 実施例 1 1および実施例 12で得られた製品について、 これらの点を見るために試験 片を多 く切り出して曲げ試験を行ったところ、 十分な機械 的強度を有し、 品質のバラツキの非常に少ない均質で優れ たこれらの点を満足する性能を示すことが判った。
    [0154] 実施例 13
    [0155] PPS をマ ト リ ックスとする（J Dプリ プレダシー ト（R y to n、 フイ リ ップス石油㈱製） を用いて、 加工温度を 330 でに保 持したことおよび芯体 64と熱膨張性素子 65との間に厚さ 1 . 0 mmのアルミ板を挟んだこと以外は、 実施例 11におけると 同様に行った。 外観的にも性能的にも同様に優れた楕円バ ネが得られた。
    [0156] なお、 こ こでアルミ板を用いたのは、 400 でに設計した 熱膨張性素子 65では熱膨張が不足する で、 それを補うた めである。
    [0157] 比較例 3
    [0158] 31 0 'cに加熱した鉄製マン ドレルを回転させながらこれ に PPS/炭素織維のプリ プレダシー トを巻き付け、 これに 2 組の口ールを圧着させて脱泡を行い、 楕円パイ プを製造し た。
    [0159] この場合、 310 でに加熱した鉄製マ ン ド レルにプリ プレ ダシー トを正確な繊維角度で巻き付けるのは困難であるの で、 品質の安定した製品が得られなかった。
    [0160] 実施例 14
    [0161] ベンチユリ 一管（ 面転鼬に対して ± 45 ° の層構成）： 第 20図に示す製品 72 ( ベンチユ リ 一管、 直径 10 cm)を、 第 23図に示す外型 73 ( 2つ割り型で、 内面には離型のため にテフロ ン加工が施されている） と、 第 21図に示す芯体 80 および第 22図に示す PTFE製の熱膨張性素子 81とからなる中 子 82を用いて制作した（ この中子 82は分解可能な構造とな つており、 製品ができ上がった後に分解して中子 82から製 品を取り出すことができる） 。
    [0162] 先ず、 PEEKをマ ト リ ックスとするプリ プレダの ^ゥ（ 幅 約 3 mm、 厚さ約 0. 13 mm 、 APC- 2/A S4 .、 I C I 社製） をブレ ーダにて編み上げ、 ± 45。 の織組角の合計 16のプリ フ ォ ー ムを成形した。 このベンチュ リ 一管のプリ フ ォームの肉厚 は、 約 5 mmであり、 仕上がり品の肉厚 2 mmの約 2. 5 倍であ つた。 プリ フ ォームは、 ばらぱらになるのを防ぐために、 必要と思われる箇所をスポ ッ ト止めしておいた。
    [0163] ついで、 このプリ フ ォ ーム中に、 第 21図に示す芯体 80を 一部分解して通人し、 この芯体 80に熱膨張性素子 81を配し て中子を組み立てた。 この場合、 熱膨張性素子 81の相互閽 には少しの隙間があつたが、 加工温度に至つたときにその 隙間がな く なり、 熱膨張性素子 81がプリ フォームを外型 73 に圧着し、 型締めするように配慮されていた。
    [0164] つぎに、 このプリ フォームおよび中子の全体を第 23図に 示す外型 73に収め、 外型 73が開く のを防いだ上で、 これら 全体をつぎの工程に送った。 なお、 外型 73としては、 製品 を取り出す必要から割り型を用いると共に、 離型のために テフロンコーティ ングを内面に施してある。
    [0165] つぎの工程では、 外型 73の太い部分の外面に断熱材を巻 き付けて、 外型 73の細い部分から先に加熱されるようにし て、 これら全体を 400 での加熱炉中に入れた。 全体が殆ど 400 'cに達した後、 先に巻き付けた断熱材を除いて、 全体 を水槽の中に投じて冷却を行った。 このようにして、 APC - 2 について推奨されている急冷プロセスが実現された。
    [0166] ここで、 第 21図中のフラ ンジ 83の効果について触れてお く 。 このフランジ 83は、 ナ ツ ト 85で芯体 80の軸の外方向へ の移動が防止されているため、 熱膨張性素子 81の芯体 80の 軸方向への膨張を食い止めて、 芯体 80の半径方向への熱膨 張を効果的に生じさせる。 また、 このフラ ンジ 83は、 冷却 時に熱膨張性素子 81が水と触れて急冷されるのを防止し、 その結果として製品のマ ト リ ックスが凝固する以前に熱膨 張性素子 81が収縮しすぎて製品から剝がれたり、 或いは型 締めが不十分となつて層間ボィ ドが生じるのを防止する。
    [0167] 84はテ一パ部付きスリ ーブである。
    [0168] つぎに、 中子および外型を分解し、 脱型して製品を得た。 ナ ツ ト 85を外すことにより中子の分解が可能である。 得ら れた製品は、 先ず外観的に極めて均整がとれており、 織組 角の乱れ、 皺、 ボイ ド、 内面および外面の凹凸がなく 、 寸 法精度も極めて良好なものであった。 また、 この製品から 一部を試験サ ンプルとして採取して、 これを静的な力学試 験に供した。 この結果、 この製品は、 期待される強度、 剛 性を示しており、 機械的特性も十分で、 熱可塑性樹脂マ ト リ ックスの性能を十分に発揮するこ とが明らかとなった。 実施例 15
    [0169] 角パイフ' （第 24図に示す。 軸に対して 0 ° 、 ± 45 ° の層 構成、 断面は約 4 cm X 6 cm、 角は 10 mtnR、 肉厚 3 mm) ：
    [0170] PEEKをマ ト リ ックスとする一方向引き揃えプリ プレグテ 一プ（ 幅約 30 cm 、 厚さ約 0.13 關 、 APC-2/AS4 、 IC1 社 製〉 を所定の層構成となるように裁断し、 さ らにバッ トス プライスして帯状とした。 この帯状物を外周長が一致する 円筒状に巻き重ね、 ほぐれるのを防止するために必要と思 われる所を何箇所がスポ ッ ト止めした。
    [0171] こ のよ うにして得られたプリ フ ォ ームを、 実施例 14と同 様に離型処理した外型に変形させながら収めた。 外型が開 く のを防いだ上で、 プリ フ ォ ームの中で中子を組み立てた, 芯体 91は、 第 25図 （ A ) , ( B ) に示すように、 金属の 角パイ プ 92とフ ラ ンジ 94から構成され （芯体 91 軸方向へ の熱膨張性素子の移動がフラ ンジ 94で防止されている） 、 PTFE製の熱膨張性素子と接する面には溝 93が彫ってある。 溝 93は、 第 26図 （A ) , ( B ) に示す熱膨張、性素子 95が過 度に芯体 91の軸方向に膨張しないための手立てである。 ついで、 これら全体を 400 での加熱炉中に入れた。 本実 施例 15では、 実施例 14におけるように外型の端部外面への 断熱材の巻き付けは行わない。 何故ならば、 実施例 15では 芯体 91が中空の角パイ プであり、 このため製品 90の中央部 からも十分に速く昇温し、 実質的に不具合が生じないから である。 しかし、 同じ構造の中子でも、 製品がもっと長く なる場合には、 実施例 14におけると同様に断熱材の卷き付 けを行う方がよい。
    [0172] つぎに、 全体が殆ど 400 でに達した後に、 全体を水槽の 中に投じて冷却を行った。 このようにして、 A P C - 2 につい て推奨されている急冷プロセスが実現された。
    [0173] 中子および外型を分解し、 脱型して製品を得た。 得られ た製品は、 実施例 14と同じく外観的に極めて均整がとれて おり、 構成角の乱れ、 皺、 ボイ ド、 内面および外面の凹凸 がなく 、 寸法精度も極めて良好なものであった。 また、 こ の製品から一部を試験サンプルとして採取して、 これを静 的な力学試験に供した。 この結果、 この製品は、 実施例 1 4 と同じく期待される強度、 剛性を示しており、 機械的特性 も十分で、 熱可塑性樹脂マ ト リ ックスの性能を十分に発揮 することが明らかとなった。
    [0174] 実施例 1 6
    [0175] 楕円管（ ± 45 ° 、 長径 1 0 cm 、 短径 6 c m、 肉厚 1 、 第 27図 （ A ) , ( B ) ) ：
    [0176] P P S をマ ト リ ックスとする一方向引き揃えプリ プレダテ 一プ（ 幅約 10 cm 、 厚さ約 0 . 13 mm 、 フイ リ ッ プス石油㈱ 製の RY T0N ) を所定の層構成となるように裁断し、 さ ら バッ トスプライ スして帯状とした。 この帯状物杏外周長 一致する円筒状に巻き重ね、 ほぐれるのを防止するために 必要と思われる所を何箇所がスボ ッ ト止めした。 , - このようにして得られたプリ フ ォ ームを、 実施例 14と同 様に離型処理した外型に変形させながら収めた。 外型が開 く のを防いだ上で、 プリ フ ォ ームの中で中子を組み立てた, 芯体 101 はアル ミ製で、 第 28図 （A ) , ( B ) に示すよ うに、 金属の板 1 02 とフ ラ ンジ 103 から構成され （芯体 10 1 の軸の外方向への熱膨張性素子の移動がフラ ンジ 103 ,で 防止されている） 、 PTFE製の熱膨張性素子と接する面には 溝 104 が彫ってある。 溝 104 は、 第 29図 （A ) ， ( B ) に 示す熟膨張性素子 105 が過度に芯体 101 の軸方向に膨張し ないための手立てである。 各熱膨張性素子 105 と芯体 101 との接する部分が比較的少ないので、 溝 104 は多く彫って ある。 熱膨張性素子 105 には、 その軸方向（ 長羊方向） に 繊維補強を施したシ リ コ ー ン樹脂を用いた。
    [0177] ついで、 外型の両端約 4分の 1 ずつの外表面に断熱树を 巻き付けて製品の中央部から先に加熱されるようにして、 " 全体を 310 'Cの加熱炉に入れた。
    [0178] 全体が殆ど 310 'cに達した後に、 先に巻き付けた断熟材 を除いて、 全体を水槽の中に投じて冷却を行った。 このよ う にして、 RYT0 N について推奨されている急冷プロセ が 実現された。 中子および外型を分解し、 脱型して製品を得た。 得られ た製品 100 は、 実施例 Uと同じ く外観的に極めて均整がと れており、 構成角の乱れ、 皺、 ボイ ド、 内面および外面の 凹凸がな く、 寸法精度も極めて良好なものであった。 また、 この製品 100 から一部を試験サンプルとして採取して、 こ れを静的な力学試験に供した。 この結果、 この製品 100 は、 実施例 14と同じく期待される強度、 劂性を示しており、 機 械的特性も十分で、 熱可塑性樹脂マ ト リ ックスの性能を十 分に発揮することが明らかとなった。
    [0179] 実施例 17
    [0180] リブ付き円管（ ± 45 ° 、 直径 1 0 cm 、 肉厚 3 mmのパイ プ 内に、 第 30図 （A〉 ， ( B ) に示すような径方向の長さ約 3 cmのリブ 111 を有する）：
    [0181] 予め成形してある リブを、 第 33図の中子 112 にある 2本 の溝 113 の中に収めた。 その上に、 PEEK糸と炭素繊維から なるコ ミ ングルドヤー ンの平織布を斜め 45。 に裁断したも のを所定量だけ緊密に巻き付けた。 さ らに、 その上に、 離 型用フオイ ルとして厚さ 35 m の銅箔を 1周巻いた。 これ ら全体を外型 （一体型であり、 割り型ではない） に揷入し、 中子 112 のフラ ンジ 1 14 で外型の両端部を塞いだ。 外型の 内部を窒素ガス （N 2 )で置換した後、 隙間が生じないよう に中子 112 の両端にあるナ ツ ト 115 を締めた。
    [0182] 中子 112 は、 第 31図に示される芯体 116 の上に、 第 32図 ( A ) , ( B ) に示すような PTFE製の熱膨張性素子 1 1 7 を 配置してなる。 芯体 116 は、 鉄製の部品からなり、 端部の ナ ツ ト 115 を外すことで分解可能である。
    [0183] ついで、 外型の両端部の外表面に断熱材を巻き付けて、 成形材料が中央部から加熱されるようにして、 全体を 4Q0 •C の N 2 雰囲気下に加熱炉に入れた。 全体が殆ど 400 でに 達した後、 約 20分間その状態を保持し、 先に巻き付けた断 熱材を除いて、 全体を水槽の中に投じて冷却を行った。 こ のよう にして、 PEEK/ 炭素鏃維について推奨されている急 冷プロセスが実現された。
    [0184] こ こで、 外型の両端部の外表面を断熱材で巻いたのは、 実施例 14などと同じ目的のためである。 また、 成形材料を N 2 雰囲気下に加熱したのは、 炭素繊維の表面が酸化等の 影響を受けて PEEKとの界面形成に問題が生じるのを防ぐた めである。 これは、 界面が形成されていないプリ プレダを 用いるときの常套手段である。 全体が殆ど 400 でに達した 後に約 20分間の保持時間をとつたのは、 炭素繊維への樹磨 の含浸 · 分散が十分に達成されるようにするた,めである。 これもまた、 成形時に舍浸を行う成形材料を用いるときの 常套手段である。
    [0185] つぎに、 中子 112 を分解し、 銅箔の付着した製品 11ひ を 外型から抜き取った。 銅箔は簡単に製品 110 から剝がすこ とができるが、 別法として、 銅を溶解する薬液（ 例えば、 塩化第二鉄溶液） に銅箔の付着した製品 110 を浸潰して銅 箔を取り除いてもよい。
    [0186] 得られた製品 110 は、 外観的に極めて均整がとれており、 構成角の乱れ、 皺、 ボイ ド、 内面および外面の凹凸がな く 、 寸法精度も極めて良好なもので、 内面のリ ブ 1 11 の取付部 も滑らかに溶融一体化していた。 また、 この製品 110 から 一部を試験サンプルとして採取して、 これを静的な力学試 験に供した。 この結果、 この製品 100 は、 他の実施例と同 じく期待される強度、 剛性を示しており、 機械的特性も十 分で、 熱可塑性樹脂マ ト リ ツクスの性能を十分に発揮する ことが明らかとなった。
    [0187] 実施例 18
    [0188] 長尺パイプ （第 34図に示す。 軸に対して 0 ° 、 90。、 土 45 ° の層構成。 直径 5 cm 、 長さ 2 m、 肉厚 2. 5 mm)：
    [0189] 実施例 15と同じ材料である PEEKをマ ト リ ックスとするプ リプレダテープを用い、 実施例 15と同様にして、 外型に丁 度揷入できる外径のプリ フォームを成形した。 これを、 肉 厚 1 . 0 mmのシーム レス銅管の外型に挿入した。 第 351]に示 すネジ山を切った棒 121 とナツ ト 122 からなる芯体 123 に、 第 36図に示す PTFE製パイプの熱膨張性素子 124 を必要個数 貫通配置してなる中子を、 さらにプリ フォームの中に揷入 した。 熱膨張性素子 124 は、 中子の両端部に位置する部分 の角が削り落としてある。
    [0190] ついで、 管状炉を 5台横につなげて準備し、 これら管状 炉の温度を第 47図に示した温度プ口フ ァ イ ルとなるように 制御した。
    [0191] 第 47図は、 成形材料の舁温過程の温度プロファ イ ルを示 す。 昇温に際しては、 成形材料 129 の内部にある中子を、 その中心部より端部に向けて順次熱膨張させ、 矢印 128 の 方向にゥォ ッ シュアゥ ト（wa sh ou t) させ、 シヮやたるみの 発生、 ボイ ドの残留を防止する。
    [0192] 初期温度（t。 ） においては室温と同じ温度で一様である が、 " ， t 2 , " , t 4 という温度変化で時間の経過中は 中子の中央部を端部に先行して昇温させ、 最終温度 （t∞) では全体が一様に加工温度になるようにする。
    [0193] ついで、 全体が殆ど 400 'cに達した後に、 外型の表面に 水シャヮ—を浴びせて、 外型の内部へ水が浸入しない状態 で冷却した。 このようにすれば、 APC - 2 について推奨され ている急冷が実現できる。
    [0194] 中子を抜き取った後、 外型を銅を溶解する薬液（ ここで は、 硫酸 · 過酸化水素水溶液を用いたが 塩化第二鉄溶液 なども使用できる） で除去し、 製品 120 を得た。
    [0195] 芯体 123 について説明を加えると、 棒 121 の 、ジ山はナ ッ ト 122 を止める機能（ 両端都） と熱膨牽性素子 124 が芯 体 123 の軸方向へ動き過ぎるのを防止する凹凸としての機 能を併せもっている。 このため、 既存のネジ棒を棒 121 と して使用できるので経済的である。 ナツ ト 122 は、 熱膨張 性素子 124 がやはり軸方向の外に向って過度膨張するのを 防ぐ。 また、 ナ ツ ト 122 により、 製品 120 の端部において 十分に芯体 123 の径方向に熱膨張が生じて型締めが十分に 実現する。 さらに、 冷却過程においてもナ ツ ト！；2:2 でせき 止められた熱膨張性素子 124 の端部近傍のデッ ドボリ ゥ ムの機能で、 第 50図に示したのと同様の冷却過程における 型締めも実現される。 なお、 第 36図の左端のパイ プの角が デッ ドボリ ユウムとして働く。
    [0196] 第 50図 （A ) , ( B ) , ( C ) は、 冷却過程における型 締めを確実にするデッ ドボリ ユウムの効果を説明している。 製品 134 と芯体 131 の間にある熱膨張性素子 130 は、 第 49 図に示す冷却バタ一ンに沿つて時刻 a。では十分な型締めを 達成しており （第 50図 （A ) ) 、 熱膨張性素子 130 のやや 過剰な膨張はデッ ドボリ ュウムをつぶすように湾曲部 132 を形成して張り出している。 時刻 a ,では、 熱膨張性素子 130 は若干温度が低下するので型締めは維持しながら、 デッ ド ボリ ユウムへの張り出しは消滅し、 湾曲部 132 が屈曲部 133 に変化する （第 50図 （B ) ) 。 さらに冷却が進んだ時刻 a 2 では、 部分的に中子が脱型している （第 50図 （ C ) ) 。
    [0197] 第 49図は、 加工温度にある製品の冷却過程における冷却 パター ンを示す。 加工温度にある製品を冷却してい く と、 やがて時刻 a ,にはマ ト リ ッ クスの融点に達する。 このとき に熱膨張性素子は、 僅かしか温度が低下しないようにする。 このようにすれば、 型締め不足によるボイ ド発生や製品固 化前の中子の脱型が生じない。
    [0198] 熱膨張性素子 124 は、 パイ プ找の既成品を用いたために 短いものを数多 く連ねているが、 長いものを用いても一向 に差支えない。 これら熱膨張性素子を合わせた全長は、 芯 体のナ ツ ト間距離の 85 %となるようにする。
    [0199] 外型は、 他の実施例とは異なり、 再使用のきかない銅の シームレスパイプを用いている。 この場合、 ①外型を別あ つらえとしないですむのでイ ニシャルコス トが安い、 ②外 型が薄肉であるために熱のまわりが速い、 ③シ一ム レスパ ィプのためその内面が平滑となり、 これにより製品の外観 が特に優れるという利点が生じて く る。 反面、 既成 の中 から選べない場合に綱のシーム レスパイプを作るための型 代が高く つ く とか、 銅のシ―ム レスパイ プの溶解設備を要 するなどの欠点がある。 しかし、 これら利点および欠点は、 ト レー ドオフの閬係にあるため、 用途に応じた使い分けを 行えば却って効率的にパイプの製造を実施できる。
    [0200] 得られた製品 120 は、 割り型の合わせ目の線や離型フォ ィルの重なりの線などが全く ないため全ての実施例の中で 最も美しい外表面をもち、 構成角の乱れ、 シヮ、 ボイ ド、 内面および外面の凹凸がな く、 寸法精度も極めて良好であ つた。 また、 製品 120 からその一部を試験サ ンプルとして 採取して、 それを静的な力学試験に供-した。 この結果、 他 の実施例と同じ く期待される強度 · »性を示し、 機械的性 質も熱可塑性樹脂マ ト リ ックスの性能を十分に発揮してい た。
    [0201] 実施例 19
    [0202] 大型異形管 （外径約 30 cm 、 县さ約 1 m、 第 37阅) ： 第 38図に示したような分割可能で表面に仕切り板のある 芯体 141 上に、 第 39図 （A ) に示した PTPE製の熱膨張性素 子 142aおよび U2b ( それぞれ厚さ約 2 cm) を、 第 39図 ( B )· に示すように相互に連結して敷き詰めて中子とした。 この 中子上に、 ブレーダーにて実施例 14と同じ材料を用いてプ リ フ ォ ームを成形した。 なお、 第 38図は、 分割可能な鉄製 中空体で構成される芯体を示す。 この芯体 141 の表面には、 熱膨張性素子の動きを拘束するための仕切り板 143 が立て てある。
    [0203] ついで、 これらを内面に離型剤を塗布した外型（ 割り型） に収め、 全体を 300 での加熱炉内に置き、 さらに中子の中 心部へ熱風吹き出し口を挿入し、 400 に加熱した空気を 中子の中心部に送風した。 このよう に、 中子の中心部から さきに昇温するようにして、 全体が殆ど 400 'cに達した後 に、 外型の周囲から外型に一様に水シャヮ一を浴びせた。 このよう にすれば、 APC- 2 について推奨されている急冷が 実現される。
    [0204] つぎに、 中子と外型とを分解して取り除き、 製品 140 を 得た。 得られた製品 140 の外表面は、 離型剤のために部分 的に変色していたが、 この変色を除けば外観的に極めて均 整がとれていた。 また、 製品 140 は、 構成角の乱れ、 シヮ、 ボイ ド、 内面および外面の凹凸がなく 、 寸法精度も極めて 良好であった。 この製品 120 からその一部を試験サンプル として採取して、 それを静的な力学試験に供した。 この結 果、 他の実施例と同じく優れたものであった。
    [0205] なお、 第 40図は、 中子の一部の断面を示したもので、 芯 体 141 の仕切り板 143 で熱膨張性素子 142 が仕切られてい る。 この中子が加工温度まで上昇するときは、 個々の熱膨 張性素子 142 は点線で示した大きさまで膨らんで拡大素子 144 となり、 これが一つに連なって中子の表面を形成する。 実施例 20 金属部材の中空体への揷入 ：
    [0206] 第 41図に金属部材を中空体に挿入した箇所を示す。
    [0207] 外型 151 と中子の熱膨張性素子 152 との空間に、 成形材 料 153 、 金属部品 154 、 および予め成形した補強用リ ング 155 (擬似等方積層板） を仕込み、 ついで他の実施例と同様 にして製品 156 を得た。
    [0208] 製品 156 の金属部材ィ ンサ— ト部は、 第 42図に示した通 りであり、 初期の性能が得られる構造が実現している。
    [0209] 実施例 21
    [0210] 細長いテーパー管（ 第 43図) ： .
    [0211] P EE Kをマ ト リ ックスとするプリ プレダの トウを用いて、 第 45図に示すテーパー付きの中子 160 の上に、 ブレーダ- にてプリ フ ォームを編み上げた。
    [0212] ついで、 これを第 44図に示す外型 1 61 に、 その外型 1 61 の内面に離型のためのポリ ィ ミ ドフ ィ ルム（ デュポン社の APTO N 100H)を 1周卷いた後、 収めた。 外型 161 のフタ 1,62 を筒部 163 に対してしつかり と固定し、 中子 160 が熱膨張 の最中に脱落しないようにした上で、 全体を管状炉^ 3台 連ねた炉の中に入れた。
    [0213] つぎに、 第 48図に示した昇温プロフ ァ イ ルとなるように 成形材料 129 をその太い端から順次舁温し、 全体が殆ど 40 0 'cに達した後に実施例 18と同様にシャ ヮ—を用いて冷却 し、 脱型して製品を得た。 なお、 第 48図は、 子の一端よ り他端にゥォ ッ シュアゥ トさせる場合の温度プロファ ィル を示す。 ボリ イ ミ ドフ ィ ルムは、 製品に付着しているが、 アルカ リ溶液に浸漬すれば容易に除去でき る。
    [0214] 得られた製品 164 は、 他の実施例と同様に、 外観、 機械 的性能共に十分に優れたものであった。 なお、 こ こで用い た中子 160 は、 芯体を用いずに熱膨張性素子だけで構成さ れている。 比較的細い製品や小さい製品を得るのに用いる 中子は、 このように芯体を省略しても構わない。 何故なら ば、 この場合、 伝熱に時間がかかり過ぎるとか高価な熱膨 張性素子を大量に必要とすることもなく 、 製品の性能も問 題がないからである。
    [0215] 実施例 22
    [0216] 直径 4 cmのパイプ ：
    [0217] PEEKをマ ト リ ックスとする U Dプリ プレダテ—プ（APC - 2/ AS4 、 I C I 社製） を用いて、 実施例 15と同様にして、 第 46 図に示すように熟膨張性素子の丸棒からなる中子 170 の上 にプリ フ ォ ーム 171 を成形した。
    [0218] ついで、 外型として二枚のポリ ィ ミ ドフ ィ ルムを用いて 真空パックを行った。 つぎに、 これら全体を 400 で の炉に 入れ、 全体が殆ど 400 でに達した後、 全体を水槽中に投じ て冷却した。
    [0219] 得られた製品は、 真空パックのしわを拾っていた他は、 外観的にほぼ均一であり、 ボイ ドゃ搆成角の乱れもなかつ た。
    [0220] また、 製品の一部を試験サンプルとして採取して、 それ を静的な力学試験に供した。 この結果、 他の実施例と同じ く満足のい く ものであった。 産業上の利用可能性
    [0221] 以上説明したように本発明によれば、 繊維補強熱可塑性 樹脂中空体を効率よ く製造することができる。 また、 本発 明によって得られる中空体は、 熱可塑性樹脂マ ト リ ックス の特性を生かして厳しい使用環境下で軽量 · 高強度部材と して利用されるばかりでな く、 飛翔体 ©胴体などの単殻襻 造体や トルクチューブ、 圧力容器、 宇宙空間における トラ ス構造体などへの利用が可能である。
    权利要求:
    Claims

    請求の範囲
    1 . 熱可塑性樹脂をマ ト リ ッ クスとするプリプレグを、 熱膨 張性の中子と該中子の外側に配された外型との間に介在さ せ、 ついで前記熱可塑性樹脂の可塑化温度以上の温度に該 プリ プレダおよび該中子を加熱して該中子を膨張させた後、 該中子および該プリ プレダを冷却することを特徴とする繊 維補強熱可塑性樹脂中空体の製造方法。
    2 . 熱可塑性樹脂がポ リ ェ一テルエ—テルケ ト ン、 ポ リ フ エ 二 レ ンサルフ ア イ ド、 ボ リ エーテルィ ミ ド、 ポ リ エ一テル スルフ ォ ン、 ポリ アリ レ ンケ ト ン、 ポリ アリ レ ンサルフ ァ ィ ド、 ボ リ アリルィ ミ ド、 ポ リ ア ミ ドイ ミ ド、 ポ リ イ ミ ド、 ポ リ イ ミ ドスルフ ォ ン、 ポ リ スノレフォ ン、 ポ リ ァ リ ノレスル フ ォ ン、 又はポリ エステルである請求の範囲第 1項記載の 鏃維補強熱可塑性樹脂中空体の製造方法。
    3 . プリ ブレダを構成する補強織維が炭素繊維、 ガラス繊維、 又は芳香族ポリア ミ ド織維、 炭化珪素繊維、 ポロ ン繊維、 アルミナ繊維である請求の範囲第 1項記載の繊維補強熱可 塑性樹脂中空体の製造方法。
    4 . 熱膨張性の中子が中実のマ ン ド レル、 中空のマ ン ド レル、 芯体の表面に複数個の熱膨張性素子を配置してなる複合体、 又は複数個の熱膨張性素子だけからなる集合体である請求 の範囲第 1項記載の繊維補強熱可塑性樹脂中空体の製造方 法。
    5 . 中実のマ ン ド レル、 中空のマ ン ド レル、 および熱膨張性 素子をそれぞれ構成する樹脂が、 ポリ テ ト ラ フルォロェチ
    δ
    レ ン、 ポリ弗化アルコ キ シエチ レ ン樹脂、 弗化工チ レ ンプ ロピレ ンエーテル共重合体樹脂、 シ リ コ ー ン樹脂である請 求の範囲第 1項記載の繊維補強熱可塑性樹脂中空体の製造 方法。
    6 . 熱膨張性の中子が分解および組立が可能である請求の範 囲第 1 項記載の繊維補強熱可塑性樹脂中空体の製造方法。 7 . プリ プレダおよび中子を加熱するに際し、 一部を他部よ り も先行して加熱舁温させる請求の範囲第 1項記載の繊維 補強熱可塑性樹脂中空体の製造方法。
    0 δ . プリ プレダおよび中子を冷却するに際し、 プリ プレグを 中子より も先行して冷却する請求の範囲第 1 項記載 Ρ繊維 補強熱可塑性樹脂中空体の製造方法。
    9 . 中子のデッ ドボリ ゥムを利用して、 冷却過程の型締めを 維持する請求の範囲第 1項記載の繊維補強熱可塑性樹脂中5 空体の製造方法。
    1 0 . 得られる中空体が突起、 仕切り、 又は金属部材を一部に 有する請求の範囲第 1項記載の繊維補強熱可塑性樹脂中空 体の製造方法。 0
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1990-08-23| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): JP US |
    1990-11-15| CFP| Corrected version of a pamphlet front page|
    1990-11-15| CR1| Correction of entry in section i|Free format text: IN PAT.BUL.20/90,UNDER INID (51) "IPC" REPLACE THE EXISTING SYMBOLS BY "B29D 22/00, 23/00, 23/22, B29C 33/40, 33/44, 67/14" |
    优先权:
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